基于WSN的智能节水灌溉系统设计方案 本设计的主要内容是研制开发适合我国国情的、低成本的易推广的、主要应用于温室大棚的节水灌溉自动控制系统，为实现我国农业高效节水灌溉提供技术装备。 由于不同农作物有不同的需水特性灌水时间、灌水量既影响农产品的产量也影响农产品的质量,因此,高效节水灌溉自动控制技术主要是向适时适量、按需灌溉的方向发展。所以,该设计主要包括两个方面,一是测,获取土壤水分信息,并根据土壤水分信息及温度和作物需水特性来决定灌溉时间与灌溉量的多少。这将摆脱以往仅凭经验灌溉的灌溉模式,使作物灌溉决策建立在科学的基础之上。二是控,研究如何根土壤条件、土壤水分信息及作物需水特性进行合理的灌溉决策,即将传统的凭经验由人工手动阀门控制灌溉方式改为自动进行适时适量、按需灌溉控制。单片机系统根据测得土壤的温度和湿度值通过程序来控制水泵的放水量从而提高水的利用效率节省大量人力,达到智能灌溉节约用水的目的。 系统采用STC12c5a单片机来实现。用湿度传感器FC-28对湿度进行采集,所得电流信号经处理得到可用的电压信号,输入到A/D转换器转化成数字信号,再由单片机对此信号进行处理。用温度传感器DS18B20对温度进行采集,所得信号经内部处理,直接得到可用的数字信号,将采集的温度值和土壤的湿度值,通过zigbee节点，将数据通过自组网的方式传送给zigbee网关,zigbee网关通过串口通信的方式与单片机连接，单片机上装有GPRS模块，将数据通过短信的方式发送
给终端手机用户，手机用户能够接收到实时的数据。手机用户通过AT指令，反过来经过GPRS模块、串口通信设置传感器的阈值电压。当温度、土壤湿度低于设定阈值时，通过zigbee节点的继电器，采用外接电源，驱动外面电机工作，实施喷灌；当温度、土壤湿度高于设定阈值时，通过zigbee节点的继电器，停止驱动，电机停止工作，不再喷灌。下面是整个系统的框图： 1.温度传感器的选择 方案1:采用热敏电阻。可满足+35度到+95度的测量范围,但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差,对于检测精度小于1度的温度信号是不适用的。 方案2:采用温度传感器DS18B20。DS18B20具有体积小、质量
WSN应用系统设计 根据你在日常生活中的观察和体验，结合所学知识，针对某一具体应用，设计一个简单的WSN应用系统。主要包括以下几个方面： （1）应用系统名称：基于无线传感网络的养老院护理系统 （2）应用背景和意义：现今社会状况，养老院容纳的老人数量逐渐增加。入住老人普遍年龄大，生活自理能力较低，容易发生突发性事故，老人安全问题成为养老院最为关注的问题。（并且我国养老院对老人的照护基本采用人工看护的方式，每位护理员同时照看多名老人，此方式人力成本高，效率低下。很多养老院为了解决以上问题，采取了诸如缩小老人活动区域、集中看护的措施，采取增加护理人员等措施，这些措施要么不够人性化，容易引起老人反感，要么会大幅增加养老院的运营成本。此外，对于老人的突发性疾病，也基本没有任何的预防和处理能力，这也都影响到养老院的护理水平和护理品质。）在科技发展的今天，我们完全可以把无线传感网络技术应用于养老院中，打造养老院的智能监护网络，实现养老智能化，能够降低老人的意外伤害风险，促进养老院的服务水平。 （3）系统功能： ○1身份识别 养老院中，每位老人都有唯一的一个身份识别码，系统可以依据老人唯一识别码，对老人个人信息、护理记录以及用药信息进行管理。 利用该识别码，可在护理或用药时确认老人身份，以便提供正确的医疗护理。○2防走失 老人位置实时定位，护理人员可通过护士工作站和移动护理设备实时查看老人所在的位置和行动的轨迹。当老人超出设定的活动区域时，老人智能监护服务器系统就会触发报警，并在屏幕上突出显示，及时提示护理人员进行处理。 ○3呼叫求助 老人需要帮助时，通过SOS 呼叫按钮进行一键呼叫，系统在收到紧急信号后会在护理终端系统上发出报警信号，护理人员可通过终端对报警事件进行响应，报警事件及相应处理过程记录在系统日志中，可以通过护理终端查看。 ○4体征监测 老人的呼吸、心率等体征数据实时上传到智能监护服务器系统，由系统进行分析处理，实时掌握老人健康情况。 ○5异常告警 体征数据异常时，系统会触发告警，解决老人在睡梦中发病或突然失去意识情况下的紧急救治问题。 ○6移动护理 核对老人的用药情况（服药品和当前老人身份相匹配以及用药时间是否匹配）有效地提升护理质量，减少护理纰漏事故。 ○7人员调度 系统提供护理人员管理和调度功能，实现养老院护理人员调度信息化和智能化，记录每位护理人员的日常工作情况，实现统一的人员管理。对于老人的告警信息，系统能就近调度护理人员，实现对告警老人的及时护理。
1 WSN节点的设计 WSN节点的功能 传感器节点作为传感器网络的硬件平台具有端节点和路由双重功能：一方面实现数据的采集和处理；另一方面将数据融合经多跳路由传送到汇聚节点，最后经互联网或其它通信网络传送到观察者。 WSN节点的组成结构 (1)传感单元：由传感器和模数转换功能模块或数字信号处理模块组成。 负责监测区域内信息的采集和数据的预处理。 (2)处理单元：由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、输入输出接口及 嵌入式操作系统等。负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理传感单元采集的数据以及其它节点发来的数据。 (3)通信单元：由无线通信模块组成。负责与其他传感器节点进行无线通 信，交换控制消息和收发采集数据。
(4)能量供应单元：负责为传感器节点提供运行所需的能量。 设计原则 1、低功耗（更换一次电池的使用时间尽量长）。设计中从硬件和软 件两个方面降低功耗硬件上尽可能使用低电压、低功耗的芯片。软件上可以添置电源管理功能，合理分配能量。 2、良好的射频性能：同等条件下射频性能强的网络能力强，通信距 离也较大。 3、节点体积要小，对检测的目标体系不构成影响，便于部署。 4、低成本：节点模块不能太多且不能太复杂。 5、可扩展性：采用模块化设计，根据不同的需要添加不同的功能模 块，比如传感器模块可以做一个通用口。 现有无线传感器节点 表 1无线传感器节点的参数比较
注释： ①Berkerly大学和Crossbow合作的Mica系列节点 ②MeshNetic公司 ③Moteiv公司 ④中科院宁波所的Gains节点与Mica2同，Gainsz节点与Micaz节点 同。 其中以Mica系列节点设计和Telos节点应用最广泛，如大鸭岛海燕生活习性和栖息地环境的监测，红杉树微气候环境监测都采用了Mica系列节点，用于采集温度、湿度、大气压强、声音和光照等信息。目前许多研究机构在构建低带宽数据采集的应用中都采用了这两种节点作为硬 件平台。2008年5月5日中科院宁波所又推出Gainst-CC2430节点。 下面把上面三种红色字体的Mica系列的节点以Micaz、Toles、Gainst-CC2430节点做进一步比较： 1.4.1 现有无线传感器节点方案对比 1、Atmega128L+CC2420 (成本：45+39=84元) ATmega128L 是基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，工作速度可达8MIPS，工作电压是2．7 V到5．5 V。哈佛结构使程序和数据分开存储访问，程序执行效率更高，内置128K字节的Flash程序存储器，4 K字节EEPROM，4 K字节的内部SRAM。此外，ATmegal28L 还有53个通用I／O 、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM 功能的定时器
第35卷第2期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） Vol.35,No.2 2019年3月 Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition) March,2019 基于无线传感器网络的小汽车 信号预警系统设计与应用 彭敏，朱婷婷 （安徽三联学院 交通工程学院，合肥 230601） 摘要：由于闯红灯导致交通事故多发，在交叉口排队通行期间常发生由于驾驶员控制不当而导致的追尾事故。本设计采用无线传感网络技术与车载导航系统相结合，即由车载移动终端设备、无线传感网络组成小汽车信号预警系统，该系统能双向发送和接收红绿灯信号时间信息以及根据车辆的速度、离停止线的距离、红绿灯信号时间信息等综合分析判断发出相应的语音提示信号，以引起驾驶者的注意，能根据红绿信号灯时间信息提前做好相应准备；最后对该系统的实际应用效果进行 简要的测试分析。 关键词：无线传感器网络；小汽车；红绿灯信号；预警 中图分类号：U463.6 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2019)02-0046-04 当前小汽车保有量增长迅猛，新手驾驶员越来越多，机动车在信号控制交叉口闯红灯是最常见的交通违法行为，也是导致交叉口事故多发的重要原因之一。据统计，我国2013年初到2014年底，闯红灯违法 行为导致道路交通事故2 951起，造成600人死亡、3 675人受伤。在美国，每年由闯红灯引起约26万起交 通事故，其中约750起事故导致人员死亡[1]。杜绝闯红灯，既需要交通运行环境更加完善、管理更加科学，也需要机动车、非机动车、行人各类交通主体主动遵守法规。 本设计将无线传感网络技术与小汽车车载导航系统结合起来设计出小汽车信号预警系统，提供交叉口红绿灯信号预警信号，用以帮助驾驶员判断汽车到达停车线时交通灯的显示状态，以引起驾驶者的注意，为红灯停提前做好准备，避免驾驶者闯红灯，不仅可以避免违章罚款，可以更有效地降低路口交通事故。 1 小汽车信号预警系统设计 1.1 系统组成 本设计作如下假设：小汽车所到达交叉口信号控制机都具有公交优先功 能；每辆车都配备有车载导航设备，且能自动获得其位置坐标和道路方向信 息；应用实验只研究直行情况，其他以此类推。 基于以上约束条件，将快速公交信号优先控制系统的相关技术运用于为 小汽车提供交叉口信号灯变换及时长信息，即小汽车的车载移动终端设备通 过增加信号灯信息提取及语音提示模块，通过快速公交优先的无线传感网络 能接收信号控制机发送的红绿灯时间信息并进行分析判断之后发出语音预警 提示。小汽车信号预警系统架构如1图所示。系统主要包含车载移动终端设 备、无线传感网络、信号控制机、交通信号控制系统软件等。 1.2 系统功能 车载终端设备与信号控制机之间通过无线传感网络的中继器和接收主机 双向发送请求信号和红绿灯信息，车载移动终端对信息进行分析处理，发出 语音预警信号。而信号控制机的控制方案是由交通信号控制平台下发的，并 收稿日期：2018-10-15 基金项目：安徽三联学院自然科学重点项目《基于无线传感器网络的小汽车信号预警系统设计与应用》（KJZD2018013） 作者简介：彭敏（1981-） ，女，四川仁寿人，硕士，讲师，主要从事交通信息工程及控制应用研究。 图 1 系统组成
1 WSN节点的设计 1.1 WSN节点的功能 传感器节点作为传感器网络的硬件平台具有端节点和路由双重功能：一方面实现数据的采集和处理；另一方面将数据融合经多跳路由传送到汇聚节点，最后经互联网或其它通信网络传送到观察者。 1.2 WSN节点的组成结构 (1)传感单元：由传感器和模数转换功能模块或数字信号处理模块组成。 负责监测区域内信息的采集和数据的预处理。 (2)处理单元：由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、输入输出接口及 嵌入式操作系统等。负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理传感单元采集的数据以及其它节点发来的数据。 (3)通信单元：由无线通信模块组成。负责与其他传感器节点进行无线通 信，交换控制消息和收发采集数据。
(4)能量供应单元：负责为传感器节点提供运行所需的能量。 1.3 设计原则 1、低功耗（更换一次电池的使用时间尽量长）。设计中从硬件和软 件两个方面降低功耗硬件上尽可能使用低电压、低功耗的芯片。软件上可以添置电源管理功能，合理分配能量。 2、良好的射频性能：同等条件下射频性能强的网络能力强，通信距 离也较大。 3、节点体积要小，对检测的目标体系不构成影响，便于部署。 4、低成本：节点模块不能太多且不能太复杂。 5、可扩展性：采用模块化设计，根据不同的需要添加不同的功能模 块，比如传感器模块可以做一个通用口。 1.4 现有无线传感器节点 表1无线传感器节点的参数比较
注释： ①Berkerly大学和Crossbow合作的Mica系列节点 ②MeshNetic公司 ③Moteiv公司 ④中科院宁波所的Gains节点与Mica2同，Gainsz节点与Micaz节点 同。 其中以Mica系列节点设计和Telos节点应用最广泛，如大鸭岛海燕生活习性和栖息地环境的监测，红杉树微气候环境监测都采用了Mica系列节点，用于采集温度、湿度、大气压强、声音和光照等信息。目前许多研究机构在构建低带宽数据采集的应用中都采用了这两种节点作为硬件平台。2008年5月5日中科院宁波所又推出Gainst-CC2430节点。 下面把上面三种红色字体的Mica系列的节点以Micaz、Toles、Gainst-CC2430节点做进一步比较： 1.4.1 现有无线传感器节点方案对比 1、Atmega128L+CC2420 (成本：45+39=84元) ATmega128L 是基于A VR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，工作速度可达8MIPS，工作电压是2．7 V到5．5 V。哈佛结构使程序和数据分开存储访问，程序执行效率更高，内置128K字节的Flash程序存储器，4 K字节EEPROM，4 K字节的内部SRAM。此外，ATmegal28L 还
基于WSN空气环境监测系统设计和实现 文章针对当前空气环境监测中面临的监测点分散、布线困难和实时性差等难题，提出来一种在测试区域无线随机分布传感器节点采集空气环境参数，通过协调器与数据中心进行实时处理与分析，远程终端用户可以通过Internet实现对空气质量全天候的实时监测。系统不但有效地克服了传统环境监测系统的低可靠性问题，而且增加了新的监测功能，很好地解决了空气环境实时监测的问题，在条件恶劣和无人坚守的环境监测和事件跟踪中显示了很大的应用价值。 标签：CC2520；无线传感器网络；空气环境监测；实时监测 1 概述 随着我国经济的快速增长，随之而来的是环境污染事故频发，造成了大量的人员伤亡和严重的经济损失，甚至造成不良的社会影响。空气污染已经成为人类身体健康的无形杀手，如何防治空气污染，净化我们的空气已经成为当今刻不容缓的难题。传统人工取样实验室分析的方法，只能得到监测现场某段时间内被监测气体的平均浓度，不能够提供实时值，且监测结果受人为的影响很大，对有害气体浓度很高的现场进行监测时，现场摆放气体吸收液会严重损害环境监测人员的健康[1]。国外进口的自动化大气环境监测进行在线监测的方法存在所用设备结构复杂、价格昂贵、国产化率低、难以维护、运营成本高等缺陷，很难在大范围内普及。 2 系统构成 系统采用PC机作为基站监控中心上位机，基于MSP430F2618处理器的开发平台作为下位机，由传感器节点采集化工区环境信息，经Zigbee无线网络将数据传送到网关节点，再经网关节点转发，将所采集的信息传送到基站的上位机中，经过上位机软件的在线监测[2]，实现对化工区环境的实时监视，如图1所示。 图1 空气环境监测系统框图 2.1 Zigbee无线数据传输模块设计 本节点的网络设计是基于Zigbee无线传输系统网络的一种无线传感器网络。Zigbee，在中国被译为“紫蜂”，与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线技术[3-4]。它类似于CDMA和GSM网络。Zigbee的节点与节点之间可以互相通信接力传输。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zigbee 网络节点的设计具有微型化、扩展性和灵活性、稳定性和安全性、低成本等要求。 CC2520为IEEE 802.15.4的数据帧格式提供硬件支持。其MAC层的帧格式为：头帧+数据帧+校验帧；PHY层的帧格式为：同步帧+PHY头帧+MAC帧，
wsr应用系统设计 根据你在日常生活中的观察和体验，结合所学知识，针对某一具体应用，设计一个简单的wsr应用系统。主要包括以下几个方面： （1）应用系统名称：基于无线传感网络的养老院护理系统 （2）应用背景和意义：现今社会状况，养老院容纳的老人数量逐渐增加。入住老人普遍年龄大，生活自理能力较低，容易发生突发性事故，老人安全问题成为养老院最为关注的问题。（并且我国养老院对老人的照护基本采用人工看护的方式，每位护理员同时照看多名老人，此方式人力成本高，效率低下。很多养老院为了解决以上问题，采取了诸如缩小老人活动区域、集中看护的措施，采取增加护理人员等措施，这些措施要么不够人性化，容易引起老人反感，要么会大幅增加养老院的运营成本。此外，对于老人的突发性疾病，也基本没有任何的预防和处理能力，这也都影响到养老院的护理水平和护理品质。）在科技发展的今天， 我们完全可以把无线传感网络技术应用于养老院中，打造养老院的智能监护网络，实现养老智能化，能够降低老人的意外伤害风险，促进养老院的服务水平。 （3）系统功能： ?身份识别 养老院中，每位老人都有唯一的一个身份识别码，系统可以依据老人唯一识别码， 对老人个人信息、护理记录以及用药信息进行管理。 利用该识别码，可在护理或用药时确认老人身份，以便提供正确的医疗护理。 ?防走失 老人位置实时定位，护理人员可通过护士工作站和移动护理设备实时查看老人所在的位置和行动的轨迹。当老人超出设定的活动区域时，老人智能监护服务器系统就会触发报警，并在屏幕上突出显示，及时提示护理人员进行处理。 ③呼叫求助老人需要帮助时，通过SOS呼叫按钮进行一键呼叫，系统在收到紧急信号后会在护理终端系统上发出报警信号，护理人员可通过终端对报警事件进行响应，报警事件及相应处理过程记录在系统日志中，可以通过护理终端查看。 @体征监测 老人的呼吸、心率等体征数据实时上传到智能监护服务器系统，由系统进行分析处理，实时掌握老人健康情况。 ?异常告体征数据异常时，系统会触发告警，解决老人在睡梦中发病或突然失去意识情况下的紧急救治问题。 ⑥移动护理 核对老人的用药情况（服药品和当前老人身份相匹配以及用药时间是否匹配）有效地提升护理质量，减少护理纰漏事故。 ⑦人员调度 系统提供护理人员管理和调度功能，实现养老院护理人员调度信息化和智能化，记录每位护理人员的日常工作情况，实现统一的人员管理。对于老人的告警信息，系统能就近调度护理人员，实现对告警老人的及时护理。